郑州科技学院单片机课程设计题 目 交通信号灯的设计 学生姓名 李 康 专业班级 11电子科学与技术一班 学 号 201131007 院 （系） 电气工程学院 指导教师 朱小会 完成时间 2015 年 1月 9日 目 录前言11 课题方案设计31.1 系统总体设计要求31.2 系统的总体框图32 系统硬件设计42.1 总体设计42.2 单片机运行的最小系统42.2.1 系统时钟电路72.2.2 系统复位电路82.3 信号灯电路设计92.3.1 驱动电路92.3.2信号灯电路103 系统软件的设计123.1 主程序流程图123.2子程序流程图134 软硬件调试及调试结果164.1 软硬件调试中出现的问题及解决措施164.1.1 硬件调试164.1.2 软件调试164.2 调试结果17结 论 19参考文献20附录1:单片机控制交通灯设计原理图21附录2:单片机控制交通灯设计实物图22附录3:Proteus仿真图23附录4:基于单片机的交通灯设计元器件目录24附录5:基于单片机的交通灯设计C语言程序清单25三号、黑体、1.5倍行距、段前0.5行、段后0.5行前 言 单片机作为计算机发展的一个重要领域，应用一个较科学的分类方法。根据目前的发展情况，从不同角度单片机大致可以分为通用型/专用型、总线型/非总线型及工控型/家电型。由于单片机具有显著的优点，它已成为科技领域的有力工具，人类生活的得力助手。它的应用遍及各个领域，主要表现在以下几个方面： 1）单片机在智能仪表中的应用：单片机广泛地用于各种仪器仪表，使仪器仪表智能化，并可以提高测量的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。 2）单片机在机电一体化中的应用：机电一体化是械工业发展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。 3）单片机在实时控制中的应用:单片机广泛地用于各种实时控制系统中。例如，在工业测控、航空航天、尖端武器、机器人等各种实时控制系统中，都可以用单片机作为控制器。单片机的实时数据处理能力和控制功能，可使系统保持在最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品质量。 4）单片机在分布式多机系统中的应用：在比较复杂的系统中，常采用分布式多机系统。多机系统一般由若干台功能各异的单片机组成，各自完成特定的任务，它们通过串行通信相互联系、协调工作。单片机在这种系统中往往作为一个终端机，安装在系统的某些节点上，对现场信息进行实时的测量和控制。单片机的高可靠性和强抗干扰能力，使它可以置于恶劣环境的前端工作。 5）单片机在人类生活中的应用自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、电子玩具、收录机等家用电器配上单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。综合所述，单片机已成为计算机发展应用的一个重要方面。另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。 6）由单片机控制的交通灯：随着现代社会的发展，和交通设施的日益健全，对交通的维持交通秩序的功能有了越来越高的要求，要求交通灯必须有一定的反馈功能，和计时功能。 1 课题方案设计单片机设计交通灯控制系统，可用单片机直接控制信号灯的状态变化，基本 上可以指挥交通的具体通行，当然，接入LED数码管就可以显示倒计时以提醒行使者，更具人性化。1.1 系统总体设计要求(1)东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西路口方向通车。2延时一段时间后，东西路口的绿灯熄灭，黄灯开始延时并开始闪烁，闪烁三 次后，东西路口的红灯亮，同时南北路口的绿灯亮，南北方向开始通车。3延时一段时间后，南北路口的绿灯熄灭，黄灯开始延时并开始闪烁，闪烁三 次后，再切换到东西路口方向。 4之后一直重复以上三步。1.2 系统的总体框图 系统的主要控制部分是单片机最小系统，由单片机最小系统通过驱动电路对三色 LED 灯进行控制。单片机内部已存在写进去的程序，直流电源分别向单片机和驱动电路三色LED灯电路供电，使两个模块工作，进而使整个系统运行。 系统的总体框图如图 1-1 所示：直 流 电 源单片机最小系统驱 动 电 路三 色 LED 灯图1-1 系统的总体框图2 系统硬件设计2.1 总体设计 实现本设计要求的具体功能，可以选用 AT89C52 单片机及外围器件构成最 小控制系统，12个LED分成四组红黄绿三色灯构成信号灯指示模块。反相器 74LS04 构成驱动电路。2.2 单片机运行的最小系统AT89C52 引脚结构如图 2-2 所示：图2-1 AT89C52引脚结构单片机的最小系统由电源、晶振、复位、/EA=1组成，下面介绍每一个组成部分引脚GND20接地端Vcc 40电源端（工作电压为5V）外接晶体引脚XTAL1 19、XTAL2 18 复位RST 9输入输出引脚 （1）P0端口 0.0-P0.7 P0 是一个8位漏极开路型双向I/O 口，端口置1,（对端口写1时作高阻抗输入端，作为输出口时能驱动8个TTL。 对内部 Flash 程序存储器编程时，接受指令字节；校验程序时输出指令字节，要求外接上拉电阻。在访问外部程序和外部数据存储器时，P0口是分时转换的地址（低8位）/ 数据总线访问期间内部的上拉电阻起作用。 （2）P1 端口P1.0-P1.7 P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。 输出时可驱动4个TTL。 端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接收低8位地址信息。 （3）P2 端口P2.0-P2.7 P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口。输出时可驱动 4 个 TTL， 端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash 程序存 储器编程时，接收高 8 位地址和控制信息。在访问外部程序和 16 位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。而在访 问 8 位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。 （4）P3 端口P3.0-P3.7 P3 一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。输出时可驱动4个TTL。 端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。 对内部 Flash 程序存储器编程时，接控制信息。除此之外P3端口还用于一 些专门功能，具体功能如表 2-3：第二功能P3.0RXD（串行口输入端）P3.1TXD（串行口输出端）P3.2/INT0（外部中断0请求输入端，低电平有效）P3.3/INT1（外部中断1请求输入端，低电平有效）P3.4T0（定时器/计数器0计数脉冲输入端）P3.5T1（定时器/计数器1计数脉冲输入端）P3.6/WR（外部数据存储器写选诵信号输出端）P3.7/WD（外部数据存储器读选诵信号输出端）表2-1 P3口特殊功能口2.2.1 系统时钟电路内部时钟电路结构如图 2-2 所示。图2-2 内部时钟电路结构内部时钟是单片机的心脏，单片机的各功能部件的运行都是以时钟的频率为基准的。因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟质量也直接影响单片机系统的稳定性。通常的时钟电路有两种方式：一种是内部时钟方式，一种是 外部 时钟方式。AT89C52 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益方向放大器，该高增 益方向放大器的输入端为芯片引脚 XTAL1，输出引脚为 XTAL2。使用外部振荡 器时，外部振荡信号应直接加到 XTAL1，而 XTAL2 悬空。内部方式时，时钟 发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为 12MHz，时钟频率就为 6MHz。晶振的频 率可以再 1MHz-24MHz 内选择。电容取 30PF 左右。系统的时钟电路设计是采 用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。AT89C52 单片机内部有一个用于 构成振荡器的高增益反相放大器。引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是此放大器的输 入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自 激振荡器。外接晶体谐振器以及电容 C1 和 C2 构成并联谐振电路，接在放大器 的反馈回路中。对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响振 荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。因此，此 系统电路的晶体振荡器的值为 12 MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值 约为 22 F。在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装的与单片机芯 片靠近，以减小寄生电容，更好的保证振荡器稳定和可靠工作。2.2.2 系统复位电路 （1）复位状态 在8051单片机中，只要在单片机的RST引脚上出现2个机器周期以上的高电平，单片机就实现了复位。单片机在复位后，从0000H地址开始执行指令。复位以后单片机的 P0P3 口输出高电平，且处于输入状态，SP（堆栈寄存器栈顶指针）的值为07H（因此，往往需要重新赋值，其余特殊功能寄存器和PC（程序计数器）都被清为0。复位不影响内部RAM的状态。 （2）复位电路 复位电路如图2-3 所示： 图2-3 单片机复位电路单片机可靠的复位是保证单片机正常运行的关键因素。因此，在设计复位电路时，通常要使RST引脚保持10ms以上的高电平。当RST从高电平变为低电平之后，单 片机就从 0000H 地址开始执行程序。8051单片机通常都采用上电自动复位和开关复位两种方式。实际使用中，有些 外围芯片也需要复位，如8255 等。这些复位端的复位电平要求与单片机的复位要求 一致时，可以把它们连起来。在最小系统板上，提供了一个通用的复位电路，在使用该板之前，必须将该电路 与单片机联结起来。另外，还可以采用主板上的微处理器监控模块来控制复位脚，以便更加可靠地管理单片机的工作。2.3 信号灯电路设计2.3.1 驱动电路驱动部分采用74LS05非门来对LED发光二极管进行驱动，当输入为高点平时， 输出为低电平。确保LED发光二极管的稳定性，能更有效地工作。74LS05 为六组反向 器，共有 54/7405、54/74H05、54/74S05、54/74LS05 四种线路结构形式，其主要电特性的典型值如表2-2所示：型号tPLHtPHLPD5405/740512ns8ns60mW54H05/74H056ns6.5ns140mW54S05/74S053ns3ns113mW54LS05/74LS059ns